宿迁市文体馆预应力网壳结构设计施工.pdf

第 “卷 第期建筑结构 “ “年月 宿迁市文体馆预应力网壳结构设计施工 冯良慈周友根“樊德润“栾文彬 （ 4 - . 9 /，4 / 5 4 , 59 /4* 9 1 -，- 5 , . 0 / 4 / 51 9 / , - 2 1 - . 9 /9 6 * , - , , 5 - . 1 2 3 4 - 5, 3 3 , - 2 1 - 2 4 / 5- 4 4 / 0 ; / - 9 6 - * , - , , 5 “ 。该馆总建筑面积约 ; “， 可容 纳观众A 人。屋盖采用双曲抛物壳面， 支承点之间 跨度纵向B ;， 横向C “ ， 平面投影为椭圆形， 展开 面积约C ; “， 主体结构平面横向对称， 纵向不对称， 屋盖两端翘起高差约为 ;， 其立面效果见图， 平面 展开图见图“。 图宿迁市文体馆建筑透视图 二、 结构设计与计算分析 FC “ 的巨大网壳支承在高A E ;不等的独立柱上， 而独立柱无法抵抗网壳产生的巨 大水平推力 （计算表明支座固定后最大水平推力达到 A B G H） 。为确保主体框架在地震和温差等因素的作 用下能安全工作， 在设计时必须考虑平衡恒载产生的 水平推力。 （） 网壳屋盖和主体结构在空间上整体工作， 但是 主体结构和屋盖结构的刚度和质量分布存在较大的不 均匀性， 隔震层、 主体框架和钢屋盖各有不同的刚度质 量特性、 阻尼比， 因此在动力作用下， 三者必然产生相 互影响， 设计时必须予以考虑。 “ “， 雪荷载 “， 设 备吊挂荷载 “， 屋盖材料 “。室内外 最大温差 DI， 年平均温差“ I。 动力分析重点为竖向地震作用下的结构反应。根 据 建筑抗震设计规范（J D “ ） 中时程分析 时对 地 震 波 的 选 择 要 求， 选 用 两 条 地 震 波 （’ 4 6 -，K 3 L / - 9） 和一条宿迁人工波， 人工波根据场地地震地质 环境评价报告提供的地震动参数按照规范要求生成。 竖向地震反应谱与水平向相同， 8，; 4 MN 4 MN ， 索的最终张拉力为2 “ 0。 三、 预应力施工及主要技术措施 *施工工艺流程 基础 及 柱 子 施 工网壳分段制作 （地面制作） 分段穿钢绞线引导绳 网壳就位、 安装 ［］ 钢绞线引导绳连接 搭 设 穿束、 张拉工作平台第次张拉预应力筋安装屋 面板、 暖通及灯光等设备第次张拉预应力筋锚 具端部防腐处理安装锚具防松罩、 密封罩固定支 座拆除脚手架。 *预应力筋铺设工艺 预应力筋铺设施工务必与网壳的安装协调好， 避 免穿束工作受阻。同时由于预应力筋张拉端要与网壳 球节点进行焊接， 因此节点的处理较为复杂， 施工精度 要求较高。下面结合工程实际分别予以介绍。 （） 无粘结预应力筋的选用 由于无粘结预应力筋将在网壳下弦杆内长期放置 且不进行其它封闭处理， 故网壳施工完毕后， 虽然整个 杆件在使用期间密封， 但杆件内仍充满了残余空气， 残 余空气必然导致无粘结筋外包塑料的老化， 若处理不 当， 将影响整个构件的耐久性， 严重的甚至危及构件的 安全。因而无粘结预应力筋的外包层采用双层聚乙烯 套管， 并且严格控制涂包质量。 （） 预应力孔道的成型 预应力筋束在网壳下弦杆内穿行， 因此其孔道的 成型较为简便， 施工中只需处理好空心球与杆件之间 的节点问题即可， 具体做法如下 图3空心球与杆件节点 处理示意图 首 先 在 空 心 球 与 杆 件相交部位开洞， 以便钢 绞线穿行， 然后在开洞节 点处附加1 23 * “的钢 套管， 以 补 足 节 点 强 度。 钢套 管 要 与 球 节 点 密 封 焊接且要与网壳杆件同心。迎着钢绞线穿行方向， 钢 套管伸入空心球内 5 ,,左右， 且伸出部分的钢管切 开3个切口， 外翻制成喇叭状 （见图3） ， 以减小无粘结 筋穿束时的阻力， 并防止钢管棱角划破无粘结筋的塑 料外套。 （） 穿无粘结钢绞线束 除了要对无粘结预应力筋的涂油包塑提出特殊要 求以外， 在施工期间尚要加强对无粘结筋的保护工作。 同时由于无粘结筋较长， 因而穿束工作也较困难复杂。 “放置引导绳 由于网壳和主体结构体型复杂， 因而网壳的安装采用地面分段制作、 高空散拼法。预 应力部分的网壳分为3段拼装。施工时首先在地面将 整榀网壳分为四段制作， 制作的同时， 要在杆件内放置 预应力筋分段引导绳， 对各段引导绳露出杆件外的部 分要进行临时固定。网壳高空拼装焊接时， 应将相临 的引导绳连接， 使分段引导绳在杆件拼装完成后， 连成 一整根引导绳。 穿牵引绳 为便于施工， 引导绳一般用粗铁丝， 32 因其强度不足以承担牵引钢绞线束的牵引力， 故施工 中通过引导绳要换穿一根钢丝绳作为牵引绳。 安装承压环 由于张拉力通过锚具传递给承压 环， 然后由承压环传递给空心球， 从而在球节点处产生 一向内的平衡力， 用于平衡网壳产生的向外的水平推 力。因而施工中除了要确保承压环自身有足够的承载 能力外， 尚要验算空心球的局部承压情况， 以防止空心 图张拉端球节点安装示意图 球内陷、 失稳。同时 在安装承压环时， 尚 应保 证 承 压 环 与 空 心球 之 间 的 焊 接 质 量， 以确保空心球内 部密封， 防止钢绞线 束及 空 心 球 的 内 部 老化、 锈蚀。张拉端球节点的安装示意图见图。 图“铰支座示意图 “穿束 首先在牵引绳的一端安装特制的穿束 器， 然后将已编好束的钢绞线束逐根导入穿束器并进 行预紧。在桁架的另一端安装固定好穿束机， 待一切 准备就绪， 即可开动穿束机， 完成穿束工作。在穿束过 程中应注意以下几个问题 ） 无粘结钢绞线进入杆件 前要保证有 的平直段， 以防杆件口划伤钢绞线 塑料外套； ） 施工期间保护好预应力筋的外套管， 如发 现有破损现象， 则对该根无粘结筋进行报废处理， 严禁 缠裹处理后继续使用； ） 处理好网壳杆件内表面， 特别 是对空心球与杆件相交处的节点要进行相应处理 （见 预应力孔道的成型部分） ， 避免杆件内的棱角划破无粘 结筋外护套管； ’） 若穿束遇阻， 不得强行穿束， 而应重 新穿束， 且重新穿束前要检查无粘结筋护套管的情况。 预应力筋张拉及端部处理 （） 预应力筋张拉 根据不同时期屋盖部分的荷载情况， 预应力筋张 拉分两个阶段进行 第一阶段 在网壳安装完毕后进行。首先安装好 锚板 （不安装夹片） ， 对所有预应力束进行空拉， 以达到 预紧及调匀预应力束的目的 （空拉应力为 * ,） 。 空拉结束后， 安装好锚具夹片， 再依次对称张拉所有预 应力筋束， 张拉控制应力为 * ,， 待所有“束预应力 筋张拉至 * ,后， 再按同样的方法和顺序张拉所有 预应力筋束至 * ,， 从而完成第一阶段的张拉。 第二阶段 在屋面板铺装、 管道灯光架设等完毕及 全部恒载作用后进行。张拉的顺序、 方法与第一阶段 相同， 张拉控制应力为 * ,。 （） 铰支座的处理 预应力筋张拉结束后， 柱端的预应力便有效地平 衡了网壳在柱顶产生的向外推力。由于网壳底部与柱 顶之间采用铰支座， 因而随着预应力的施加， 支座随之 产生向内侧的滑移， 待预应力施加完毕及屋盖荷载基 本到位， 则整个结构处于平衡状态， 此时即可锚固柱顶 的螺栓， 使得网壳与下部柱子牢固连接。详见图“。 （） 防松罩的安装 预应力筋自身的张拉控制应力和锚具的锚固力较 小， 为了防止在地震等剧烈震动作用下， 锚具的夹片发 生滑脱现象， 特在紧贴夹片部位安装了防松罩 （图-） 。 防松罩安装过程如下 首先在锚具安装之前， 在图示位 置打个螺孔， 然后加工一块厚 与锚具同等大 小的钢板， 并在钢板同样的位置相应打个孔， 待预应 力筋张拉结束后， 通过螺丝使得钢板紧贴在锚具表面， 从而达到防止夹片松动的目的。 图-预应力筋张拉端详图 （’） 张 拉 端 防 腐保护 为防止预应力 端部 配 件 锈 蚀， 必 须对张拉端进行相 应处 理， 防 腐 处 理 方法 如 下 首 先 制 作一个与锚具配套的密封罩， 待预应力筋张拉结束后， 切除外部多余的钢绞线， 然后按照图-的方法使得密 封罩与承压环密封连接， 连接完成后， 通过油嘴向密封 罩内灌注黄油， 直至黄油充满整个密封罩， 然后堵住油 嘴， 使得密封罩内部与外界隔绝， 最后在密封罩的表面 及承压环外露部分涂上一层防腐漆， 从而使得整个张 拉端与外部空气隔绝， 达到防腐的目的。 四、 结束语 通过在部分桁架下弦杆中施加适当的预应力， 有 效地平衡了网壳在支座处产生的向外水平推力， 并且 调整了杆件的内力。通过施工时对支座位移及部分关 键点挠度进行监测， 基本达到了设计要求。 参考文献 叠层橡胶隔震支座隔震技术规程 （报批稿） . . .， 北京 建筑隔震橡胶支座 （送审稿） . . .， 北京 沈祖炎网架与网壳同济大学出版社， . . - ’ 肖炽等空间结构设计与施工东南大学出版社， . . . “